We address the analysis of the distribution of vehicles on the OHT system in semiconductor FAB. As semiconductor wafer production has grown in recent year, the number of OHT vehicles to transport wafers also is increasing. Therefore, hundreds of OHT vehicles are simultaneously operating in the AMHS. Since the tools between heavy flow interactions are adjacent to each other, and OHT vehicles usually travel the shortest distance, they are often concentrated on OHT track at those tools. These concentration of vehicles on OHT track causes waiting and blocking among vehicles. The waiting and blocking among OHT vehicles increase the delivery time of wafers including transport time and waiting time, and it leads to decline the productivity of the entire semiconductor FAB. We first verify the given semiconductor FAB layout and OHT track design using simulation as the flow volume and the number of vehicles increasing, and identify the congestions by OHT vehicles. We show that the congestion can be alleviated when the distance between two tool groups with heavy flow interaction is modified away by re-allocation two tool groups or re-design the OHT track using simulation experiment. We find that the distance between tool and the number of vehicle effect the performance of OHT system. We propose a finite buffer closed queueing network model to analyze the distribution of vehicles and the number of vehicles on the track based on the insight from simulation experiments. First, we propose the model for a single closed loop OHT track without shortcuts. The entire OHT track is decomposed into unit systems, and decomposition method is applied to analyze the finite buffer closed queueing network model, and the distribution of OHT vehicles is obtained. The trend of the distribution of OHT vehicles is similar to that of simulation. The result of model shows that the distance between tools effect the performance of OHT system. In an actual semiconductor FAB, the configuration of OHT track is a multiple loop type including several shortcuts to reduce the travel distance. We propose the method to decompose the multiple loop OHT track into several sub-single loop. Flow-interaction data is also divide into sub-data corresponding sub-single loop. The distribution of vehicles for the multiple loop is obtained by using the results from sub-single loops. We analytically identify that the distribution of vehicles is changed by re-allocation two tool groups or re-design the OHT track as shown in the simulation experiments. From the result of model, we reconsider the traditional design method based on the minimum distance and the shortest path. While the simulation based FAB and OHT system design requires significant cost and efforts to verify all alternatives, we provide the guideline for design them considering the distribution of OHT vehicle though the analytical approach.
본 논문는 반도체 공장 반송시스템의 차량 분포의 분석에 관한 연구이다. 최근 반도체 생산 규모가 증가하면서 반송시스템 내 운반해야 할 웨이퍼의 물량이 증가하고 있으며, 운영에 필요한 차량의 수도 점점 증가하여 반송시스템에는 수십, 수백 대의 차량이 동시에 운영되고 있다. 반도체 공장의 설계 및 운영 특성상, 물동량이 많은 설비끼리 인접해있고 운송은 주로 설비간 최단거리로 이루어지기 때문에, 물동량이 집중되는 선로에 차량이 밀집되는 경우가 발생한다. 반송시스템의 차량은 단방향으로 움직이고 선로를 벗어날 수 없기 때문에 차량 간 간섭에 의한 대기 및 막힘 현상이 발생하게 된다. 이러한 차량의 대기 및 막힘 현상은 웨이퍼의 이송 시간 및 설비에서의 대기시간을 증가시켜 반도체 제조 공정 생산성의 저하를 불러일으길 수 있다. 이에 대한 분석을 위해 먼저 반도체 공정에서 생산 물량이 증가해 운영차량 대수가 증가함에 따라 주어진 FAB 및 AMHS 설계에서 발생하는 문제들에 대해 시뮬레이션을 통해 살펴보았다. 최단거리 기준으로 이루어진 기존 설계방식에서는 운용 물량이 증가할수록 특정 설비그룹에 물동량이 집중되어 차량에 의한 혼잡이 발생함을 확인하였다. 그리고 혼잡이 많이 발생하는 두 설비그룹을 임의로 운반거리가 멀어지도록 설비를 이동하거나 선로의 형태를 변경한 경우 혼잡이 줄어들 수 있음을 실험적으로 보이고, 물량에 따른 운영차량의 대수와 설비간 거리가 반송시스템의 성능에 영향을 끼칠 수 있다는 새로운 인사이트를 도출하였다. 본 논문에서는 시뮬레이션에서 얻은 이러한 인사이트를 바탕으로 차량이 반송시스템의 선로 위에 어떻게 분포하고 있고 설비간 거리가 어떻게 영향을 끼치는지 분석적으로 다루기 위해 반송시스템을 폐쇄형 대기행렬 네트워크로 모델링하였다. 먼저 차량의 이송거리 단축을 위해 존재하는 우회로가 없는 단일 폐쇄형 선로에 대한 모델을 제시하였다. 선로 위 차량의 흐름을 분석하여 모델의 모수를 산출하고, 전체 시스템을 단위시스템으로 분해하는 decomposition 방법을 통해 폐쇄형 대기행렬 네트워크 모델을 분석하여 선로위의 차량의 분포를 산출하였다. 제안된 폐쇄형 대기행렬 네트워크 모형에서 차량의 분포는 시뮬레이션을 통해 보인 반송시스템에서의 차량의 분포와 유의미하게 비슷한 추세를 보였으며, 물량에 따른 운영차량의 대수와 설비간 거리가 반송시스템에 영향을 끼침을 분석적인 방법을 통해 확인할 수 있었다. 실제 반송시스템은 이송거리 단축을 위해 다수의 우회로가 존재하는 복잡한 구조이다. 본 논문에서는 실제 반송시스템을 여러 개의 단일 폐쇄형 선로가 중첩된 다중 선로로 정의하고 이를 분석하는 방법을 제시하였다. 이를 위해 설비간 상호 물류운송을 나타내는 From/To 데이터를 분해하여 각 단일 폐쇄형 선로에 대한 흐름을 산출하고, 단일 폐쇄형 선로의 결과를 이용해 다중 선로의 결과를 도출하였다. 시뮬레이션 분석으로 보였던 설비 이동 및 선로의 형태 변경을 통해 차량의 분포가 변화할 수 있음을 분석적 방법을 통해서도 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 그동안 널리 이용되어 왔던 거리기반 설계 방식이 반도체 설비배치 및 반송시스템 설계에 적합한지에 대해 재고해 볼 수 있었다. 또한 일반적으로 반송시스템의 설계에는 많은 시간과 비용이 소모되는데, 본 연구를 통해 분석적인 방법으로 반송시스템 내 차량 분포와 혼잡의 원인에 대해 파악하고, 이를 이용해 반송시스템 설계에 대한 가이드라인을 제시할 수 있다는데 그 의의가 있다.
